聚丙烯装置仪表技术改造

【摘 要】本文介绍了 ABB公司的Novolen聚丙烯装置在实际开车和生产过程中出现的仪表问题，逐一进行了原因分析和研究；并根据装置特点、测量难点以及运行过程中出现的具体问题进行了部分仪表测量和控制方案的改进或者技术改造，投用后效果显著；且提出了对聚丙烯装置稳定运行的合理建议和方案，对聚丙烯装置设计和运行改造具有实际的参考意义。

【关键词】聚丙烯装置；仪表； 技术改造；改进

Instrument Technical Reformation of the Polypropylene Plant

YU Ke-hui

（Methanol to Olefin Project of Coal Chemical Company，Shenhua Ningxia Coal Industry Group Co.， Ltd.， Yingchuan Ningxia， 750411）

【Abstract】This document introduces the instrument problems in actual start-up and production process for ABB Novolen polypropylene plant， analysis the reason and research one by one； And on the basis of the plant characteristics， measurement difficulties and the specific problems in production process ， Had in-depth discussion and improvement or technical reformation of the instrument measurement and control scheme， effect is obvious after reformation； Put forward the rational suggestion and scheme for stable operation of the polypropylene plant， and has the actual reference significance for the polypropylene plant design and technical reformation.

【Key words】Polypropylene plant；Instrument；Technical reformation；Improvement

0 引言

神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司50万吨/年甲醇制烯烃项目PP聚丙烯装置是引进ABB公司的Novolen气相聚丙烯工艺，流程主要由原料精致、催化剂制备、聚合反应、粉料输送、介质循环、气体回收、挤压造粒等部分组成；可生产上百种标号的聚丙烯颗粒产品。该装置于2010年完成建设并进行了开车和试生产，期间经历了精致系统技改、催化剂系统技改等工艺改造，及其大量的仪表技术改造后于2011年打通全流程，实现了正常生产，并与2012年实现了高负荷平稳运行，达到了设计产能要求。

1 仪表控制难点分析

由于PP聚合反应器所进物料种类多达8类（丙烯、乙烯、氢气、催化剂、三乙基铝、硅烷、异丙醇、循环气等）为了达到产品的高品质，实现准确的控制，因此对仪表控制、仪表精度和性能要求级高；成套打包单元有8个之多（挤压造粒、风送、添加剂、载气压缩、循环气压缩、冷冻压缩、膜回收、包装），其与DCS、SIS等各系统之间的联系、联锁等错综复杂，要实现安全稳定运行必须进行优化和完善，以达到清晰明了的要求。

2 实际生产过程中出现的仪表问题和原因分析

初次设计根据气相聚丙烯工艺的特点选择的仪表基本为进口知名品牌的现代化仪表，流量测量选用质量流量计、涡街流量计、超声波流量计等，料位仪表选用导波雷达、核辐射料位计、双法兰差压液位计，温度仪表选用热电阻、热电偶，称重仪表选用的是失重式不间断测量称，阀门使用高频球阀、闸板阀等，控制系统有DCS、SIS、PLC。但是在第一次投料试车和后续打通全流程过程中暴露出了以下仪表问题：

1）涡街流量计测量波动较大、阀门关闭时仍然有流量显示、造成联锁误动作，经过反复研究和试验发现是主要原因是管线震动太大、仪表灵敏度太高造成的；质量流量计测量不准确、造成工艺物料平衡计算不准，严重影响精确控制和产品品质，主要原因是外力影响、介质气液相变换造成。

2）掺混仓导波雷达料位计波动严重、测量失真、无法监控真实料位，主要原因是掺混仓内的测量环境造成（输送空气流、聚丙烯粒料飘散、仓底部防（架桥）气流、聚丙烯粒料低介电常数）；催化剂罐双法兰液位计处于空罐状态时无法回零造成顺控程序无法正常进行，主要原因是催化剂粉末沉积于法兰面造成。反应器内的核辐射料位计测量不准，连续料位计未达到慢量程，但高高料位开关已经触发引起反应器跳车，主要原因是反应器内环境复杂、标定参数不准造成的。

3）挤压造粒机入口进料的原料有聚丙烯粉料、固体添加剂等，都需要进行准确的计量来实现比率控制，因此对计量称的要求较高，但生产过程中发生计量称测量波动的情况影响工艺指标的控制，给生产带来重大影响。后经过分析是由于计量称出料口反窜气体和添加剂粉料粘度太大造成。

4）控制系统方面的问题：DCS和SIS之间将联锁控制点进行软通讯传输、在通讯中断后造成非正常停车；载气压缩机冗余控制程序和通道诊断程序极易造成机组停车，降低了机组整体稳定性运行；DCS系统第三方TCP/IP通讯进控制器防火墙后再传输至交换机送至服务器进行OPC转换，存在极大隐患，增加了控制器防火墙负担。

3 仪表技术改造方案及其效果

3.1 流量仪表改造

3.1.1 涡街流量仪表测量波动的改造

针对涡街流量仪表由于管线震动太大造成的测量不准确的情况，对所有涡街流量计驻台进行了前后管线支撑的加固、并增加橡胶垫以减缓震动。切实的消除了震动大对仪表测量的影响，对一些仍然存在测量波动的涡街流量计通过组态设置改变了低频滤波系数并调整了仪表安装角度（表头方向由垂直改为45度角），改造后使用效果良好，达到测量要求。

3.1.2 质量流量仪表测量不准确的改造

对所有质量流量变送器进行了拆卸检查、测量了前后配对法兰的水平度并进行了调整确保仪表安装无管道应力影响，在消除所有应力影响后对流量计进行了在线充填介质后的零点标定确保的仪表的准确度和精度，测量效果得到了充分改善。

3.2 物位仪表改造

3.2.1 掺混仓导波雷达物位仪表无法正常测量的改造

原设计采用Rosemout 5300系列固体导波雷达物位仪表进行测量，在进行过多次标定和改造后没有解决问题，因此针对掺混仓的特点进行了分析，确定原因为无法满足该工况的测量条件。首先试用了E+H的重锤式料位计，发现由于仓内气流涌动、且进料时粒料从仓顶“冰雹”式的倾泻造成重锤式料位计传感器无法正常工作；然后试用了APM公司的3D扫描式料位计和E+H超声波料位计，但由于聚丙烯颗粒低至1.6的介电常数和粒料间隙大等原因仍无法实现正常测量；最后试用了E+H LEVELFLEX M系列、KROHNE S.A.S系列、SIEMENS SITRANS LR460系列等品牌的雷达物位变送器，测量曲线较为稳定，基本实现了正常测量。

3.2.2 催化剂双法兰液位仪表无法回零的改造

双法兰差压液位计正压侧为3“ 600LB的插入式膜盒结构、插入深度是100mm，根据设备图纸显示法兰口距离设备内壁长度为105mm，因此会有5mm厚的催化剂沉淀造成仪表无法回零，催化剂罐在停车无介质时此部分催化剂粉末会干燥后附着在法兰面上直接影响仪表测量。针对这种情况从新选择了变送器、将正压侧膜盒插入深度更改为106.5mm（1.5mm垫片厚度），安装后效果良好，保证了仪表的正常测量。

3.2.3 反应器核辐射物位仪表测量不准确的改造

针对反应器核辐射测量仪表的问题，联系厂家技术人员进行了模拟工况下的标定：将反应器升温、使用丙烯充压到准备投料的真实情况后读取计数率设定为连续料位计的零点，并对HH料位开关二次仪表进行零点标定；然后对反应器放空后人工填充一定量的聚丙烯粉料、再次升温、使用丙烯充压到准备投料的真实情况后读取计数率，连续料位计的测量范围是（0-1m），选取三到四个中间点进行标定，读取相应的计数率后进行线性计算，得到料位计100%时的计数率和HH料位开关触发时的设定点。结束后进行二次修正：通过放料阀门进行定量排料（每次放料越200Kg粉料）后再次读取料位读数和计数率直至反应器放料结束，将取得的参数进行计算后利用系数对之前的标定结果再次进行修正完成标定，标定后测量准确、实现了正常运行。根据料位计选型手册选择更换带密度测量功能的电路板将密度信号送至DCS对物位进行补偿，取得了良好的效果。

图1 反应器核辐射式料位计示意图

3.3 称重仪表改造

粉料计量称和添加剂计量称的正常运行关乎挤压造粒机的平稳运转，因此针对计量称存在的问题进行了认真梳理，科学论证后做了如下技术改造：1）增加添加剂计量称的倾斜度来解决添加剂粘度过大的情况；2）通过工艺改造解决了气体反窜对计量称的影响，实现了稳定测量和控制；3）优化了计量称的联锁，根据厂家资料和说明书调整了部分联锁不参与停车仅做报警；4）优化了添加剂系统和挤压造粒系统之间的联锁，将计量称停止后停止挤压机更改为挤压机低电流停机（粉料下料量低低时触发）通过一系列的技术改造后保证了挤压造粒系统的安全平稳运行。

3.4 控制系统改造

3.4.1 DCS与SIS之间软通讯联锁点改造

DCS与SIS之间使用的软通讯联锁点大多涉及反应器进料阀门的开关逻辑，通讯故障后将造成反应器进料阀门非正常关闭，触发反应器停车联锁，存在重大安全隐患。利用停车检修的机会将涉及联锁的通讯点全部更改为硬线连接的控制点，并修改优化了DCS和SIS程序，彻底消除了安全隐患，实现了稳定运行。

3.4.2 载气压缩机冗余程序改造

载气压缩机将部门重要的模拟量和开关量做了冗余配置，通过I/O卡件冗余引入两路信号在PLC控制程序内部进行冗余计算。原逻辑为：两冗余输入量进行比较、如果偏差大于设定值或者两冗余通道有任何一个故障都可触发跳车联锁，此程序增加了机组非正常停车的机会。改造后的逻辑为：两冗余输入量进行比较，偏差小于设定值则对两输入量求平均值后输出；若有一个输入量故障，则输出正常通道值；若两通道都故障则送出通道故障跳车信号。程序优化后既保留和实现了冗余输入又减少了非故障停车的几率。

3.4.3 DCS系统第三方通讯改造

DCS系统第三方TCP/IP通讯原设计是先用网线连接进控制器防火墙后再连接至交换机后送至服务器实现OPC功能，此设计不仅增加的防火墙的通讯负荷，还增加了多余的中间环节，存在安全隐患。后更改为此种通讯方式：第三方TCP/IP通讯信号先用网线接至冗余交换机，交换机将信息传输至服务器后进行OPC数据采集和转换

4 结束语

经过多次的开车，针对ABB气相聚丙烯工艺对仪表控制精准、稳定的要求，仪表设备根据工艺条件和生产需要进行了多项技术改造，对控制系统、联锁程序等进行了大量优化和完善，最终实现了装置的安稳长满优运行，达到了设计产能、实现了预期的经济效益。同时长期积累的技改经验为ABB聚丙烯工艺仪表控制设计提供了经验、为优化设计提供了技术支持和数据参考。

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